Th. univ.--Géol.--Rennes 1, 1993. / En appendice, choix de textes en français ou en anglais. Bibliogr. p. 385-401. Résumé en français.

Th. doct.--Géosci., matières premières et environnement--Nancy--INPL, 1997. / Bibliogr. p. 261-276. Résumé en français et en anglais.

Cette thèse expérimentale traite du transport sédimentaire provoqué par un fluide (généralement l’air ou l’eau) s’écoulant sur un matériau érodable (lit de sable par exemple) et lui transmettant une force suffisante pour soulever les particules solides et les emporter avec lui en aval. Ici, on se focalise uniquement sur le charriage aquatique : dans ce mode de transport, les grains en mouvement roulent les uns sur les autres, glissent, effectuent une succession de bonds et d’arrêts tout en restant confinés près du fond. On réalise différents types d’expériences dans un canal de laboratoire avec, à chaque fois, plusieurs types de grains (3 tailles, 2 densités) afin d’étudier en détails le charriage sous l’eau. Tout d’abord, on s’intéresse aux trajectoires de grains isolés transportés sur le fond plat et lisse du canal. Alors que les écoulements sont pour la plupart hydrauliquement lisses (les grains sont immergés dans la sous-couche visqueuse), on montre que la turbulence proche paroi impacte fortement la dynamique des grains. Les données accumulées permettent d’estimer les moyennes et les dispersions de la vitesse des particules ainsi que de construire les fonctions de densité de probabilité. On compare ces résultats avec ceux obtenus par Vélocimétrie Laser Doppler (VLD) concernant l’écoulement fluide proche du fond. Dans un second temps, on quantifie le transport par la mesure de la quantité de sédiments charriés sur des lits plats pour différentes contraintes de cisaillement. L’idée qui motive ces expériences est la détermination empirique de la loi de transport(la relation entre le flux de grains et le cisaillement) pour notre configuration expérimentale. Nos résultats diffèrent assez largement des lois de transport habituelles du type Meyer-Peter et Müller et s’interprètent plus aisément dans le cadre des lois pour le charriage de faible intensité. Ensuite, une méthode de Profilométrie par Transformée de Fourier (PTF) est implémentée pour mesurer avec précision les surfaces 3D de petites dunes aquatiques (les barkhanes) et leur évolution au cours du temps. On s’intéresse, entre autres, à la formation des barkhanes, à leur morphologie, à leur vitesse de migration ainsi qu’au phénomène d’érosion. On apporte la preuve que les barkhanes aquatiques se déplacent sans se déformer et dès lors, on montre qu’il devient facile d’évaluer le flux de grains sur le dos des dunes (dans le plan de symétrie). Pour finir, on caractérise l’écoulement au-dessus d’une "maquette" de barkhane par VLD et on en déduit le cisaillement sur le dos de la dune (du pied à la crête). Ces mesures de cisaillement couplées aux lois de transport pour notre canal et aux résultats concernant les barkhanes obtenus par PTF nous permettent de discuter du phénomène de saturation du flux de grains. On estime la valeur de la longueur de saturation pour le charriage tout en restant prudent quant à la fiabilité de notre conclusion à ce sujet.

Les roches du secteur du lac Minowean appartiennent aux Groupes de Seward et de Pistolet, entités correspondant aux séquences fluviatiles et de plate-forme du premier des deux grands cycles volcanosédimentaires de la Fosse du Labrador (2,17-2,14 Ga). L'empilement est constitué, de la base au sommet, d'arkoses et de conglomérats rouges, surmontés par des siltites grises et de rares dolomies, puis de puissants grès quartzeux, de grès dolomitiques et de dolomies, unités porteuses des minéralisations. Les rives du lac Minowean et spécialement les hauts topographiques situés à l'est sont hôtes de roches basaltiques et/ou gabbroïques et de sédiments argileux noirs, constituant des unités à corrélation stratigraphique incertaine. La relation entre les roches de plate-forme continentale, des séquences volcanogéniques de milieu marin plus profond et des brèches associées démontre l'existence probable d'une nappe de charriage dans la région. En effet, les résultats des travaux récents définissent une klippe de volcanites et de siltites riches en matière carbonée occupant le cœur du lac Minowean, avec un prolongement possible jusqu'aux roches mafiques et aux parcelles de socle connues à plus de 30 km au nord. Le cycle orogénique polyphasé trans-hudsonnien survenu à environ 1,87 Ga, a d'abord généré la mise en place d'une nappe de charriage (D1) chevauchant les roches mafiques et les sédiments pélitiques sur les unités de plate-forme continentale selon un transport du NE vers le SW. Cette déformation s'exprime par une très forte schistosité S1, à faible pendage, limitée à ces roches. Cet épisode a également occasionné un phénomène de bréchification sous la semelle (mélange tectonique) et la mise en place de méga-brèches hydrauliques par l'injection de dolomie. La tectonique de nappe a de plus généré le développement de structures cassantes à ductile-cassantes de second ordre au sein des roches de plate-forme, ayant possiblement contribué à un premier stade minéralisateur en U-Cu. Une déformation (D2) a plissé la nappe de charriage créant des plis P2 avec un léger déversement vers l'ouest des séquences du côté est du lac Minowean, plus précisément à l'endroit des minéralisations en U-Cu. Il est possible que ce déversement ait été initialisé par l'imbrication d'une importante masse gabbroïque située à l'est des indices (tardi-D2). L'accommodement de la déformation s'exprime ici par le développement d'une schistosité S2 orientée NW-SE à NNW-SSE dans les séries gréseuses et dolomitiques. Cet épisode de déformation s'accompagne d'une seconde mobilisation hydrothermale et d'une bréchification associée. L'uranium s'associe à ces failles et une remobilisation probable de celui préalablement piégé dans les brèches syn-D1 sur les sites indiciels. Une déformation D3 cassante tardive conjuguée, N040° et Nl00°, affecte la région et renferme à l'occasion des minéralisations de moindre envergure. Les minéralisations uranifères semblent donc étroitement associées aux processus de mise en place d'une nappe constituée essentiellement de roches volcaniques apparentées à celles situées à l'est de l'ancienne limite des nappes allochtones mafiques, soit la faille de chevauchement d'Argencourt. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : uranium, grès, matière carbonée, cuivre, nappe de charriage, mélange tectonique, allochtone, bréchification, Fosse du Labrador, orogène trans-hudsonien, Paléoprotérozoïque.

La forme des grains est reconnue comme influençant leur comportement hydraulique mais n’est pas utilisée dans les modèles de transport par charriage pour deux raisons: les mécanismes de mise en mouvement des sédiments selon leur forme sont mal connus et la difficulté à définir cette forme selon des paramètres communs. De nombreux instruments ont été déployés in-situ, en amont de cette thèse, au large des côtes de Manche Orientale en Mars 2011. Une analyse détaillée des données collectées est effectuée afin de suivre l’évolution des quantités de matériaux charriées au cours d’un cycle tidal sur les zones ateliers explorées. Ces mesures in-situ sont ensuite confrontées aux formulations existantes selon deux approches : mono-fractionnée, utilisant le diamètre médian du mélange, et multi-fractionnées, impliquant une discrétisation de la courbe granulométrique. La nécessité d’osciller entre ces deux méthodes selon l’étendue granulométrique du site est mise en évidence. Des photographies des grains du disponible sédimentaire puis charriés in-situ mettent en avant un transport préférentiel sur le fond des particules les plus circulaires. Une nouvelle formule est développée prenant en compte l’hétérogénéité en taille et en circularité des sédiments pour l’estimation du transport charrié sous l’action d’un courant seul. La modification proposée améliore significativement les prédictions des modèles, en particulier pour les fractions grossières. Des tests préliminaires en canal à courant sont également effectués pour valider un nouveau montage et protocole expérimental dans le but de confronter les résultats in-situ et expérimentaux. / Particle shape is recognized to influence the hydraulic behavior of grains but is not used in current bedload transport models for two reasons: the mechanisms of initiation of motion of sediments according to their shape are not well understood and the difficulties to define particle shape with common parameters. Several instruments were deployed in-situ, before this study, in the Eastern English Channel in March 2011. A detailed analysis of the data collected is carried out to monitor the quantities of bedload transported materials along a tidal cycle in the three study areas explored. These in-situ measurements are then compared to existing formulations using two approaches: a single fraction approach, using the median diameter of the sediment mixture, and a multiple fraction approach, involving a discretization of the granulometric curve. The need to oscillate between these two methods according to the granulometric extent of the site studied is highlighted. Photographs of grains of the sediment cover and transported in-situ by bed load highlight a preferential transport of the most circular particles of the seabed. A new formula is developed, which takes into account the heterogeneity of particles in size and in circularity, to estimate bedload sediment transport under the action of a single current. The proposed adjustment significantly improves model predictions, especially for coarse fractions of sediments. Preliminary tests in a current channel are also performed to validate a new experimental set-up and protocol in order to compare in-situ and experimental results.

Cette thèse expérimentale traite du transport sédimentaire provoqué par un fluide (généralement l’air ou l’eau) s’écoulant sur un matériau érodable (lit de sable par exemple) et lui transmettant une force suffisante pour soulever les particules solides et les emporter avec lui en aval. Ici, on se focalise uniquement sur le charriage aquatique : dans ce mode de transport, les grains en mouvement roulent les uns sur les autres, glissent, effectuent une succession de bonds et d’arrêts tout en restant confinés près du fond. On réalise différents types d’expériences dans un canal de laboratoire avec, à chaque fois, plusieurs types de grains (3 tailles, 2 densités) afin d’étudier en détails le charriage sous l’eau. Tout d’abord, on s’intéresse aux trajectoires de grains isolés transportés sur le fond plat et lisse du canal. Alors que les écoulements sont pour la plupart hydrauliquement lisses (les grains sont immergés dans la sous-couche visqueuse), on montre que la turbulence proche paroi impacte fortement la dynamique des grains. Les données accumulées permettent d’estimer les moyennes et les dispersions de la vitesse des particules ainsi que de construire les fonctions de densité de probabilité. On compare ces résultats avec ceux obtenus par Vélocimétrie Laser Doppler (VLD) concernant l’écoulement fluide proche du fond. Dans un second temps, on quantifie le transport par la mesure de la quantité de sédiments charriés sur des lits plats pour différentes contraintes de cisaillement. L’idée qui motive ces expériences est la détermination empirique de la loi de transport(la relation entre le flux de grains et le cisaillement) pour notre configuration expérimentale. Nos résultats diffèrent assez largement des lois de transport habituelles du type Meyer-Peter et Müller et s’interprètent plus aisément dans le cadre des lois pour le charriage de faible intensité. Ensuite, une méthode de Profilométrie par Transformée de Fourier (PTF) est implémentée pour mesurer avec précision les surfaces 3D de petites dunes aquatiques (les barkhanes) et leur évolution au cours du temps. On s’intéresse, entre autres, à la formation des barkhanes, à leur morphologie, à leur vitesse de migration ainsi qu’au phénomène d’érosion. On apporte la preuve que les barkhanes aquatiques se déplacent sans se déformer et dès lors, on montre qu’il devient facile d’évaluer le flux de grains sur le dos des dunes (dans le plan de symétrie). Pour finir, on caractérise l’écoulement au-dessus d’une "maquette" de barkhane par VLD et on en déduit le cisaillement sur le dos de la dune (du pied à la crête). Ces mesures de cisaillement couplées aux lois de transport pour notre canal et aux résultats concernant les barkhanes obtenus par PTF nous permettent de discuter du phénomène de saturation du flux de grains. On estime la valeur de la longueur de saturation pour le charriage tout en restant prudent quant à la fiabilité de notre conclusion à ce sujet. / This experimental thesis deals with sediment transport induced by a fluid (air or water generally)flowing over an erodible bottom (sand bed for example) and providing a sufficiently high strengthto whip up solid particles and carry them downstream. Here, one focuses only on aquatic bedload: in this transport regime, moving grains roll, slip, jump or stop alternatively while staying confinedclose to the bed. We achieve different kinds of experiments in a laboratory flume involving everytime several grain types (3 sizes, 2 densities) in order to study underwater bedload in details. First,one considers trajectories of isolated beads transported over the flat and smooth bottom of theflume. Although the studied flows are hydraulically smooth (grains are fully embedded in theviscous sublayer), one shows that near wall turbulence highly impact grains dynamics. From ourdata, we extract mean particle velocities, standard deviations and also probability densityfunctions. One compares these results with those obtained by Laser Doppler Velocimetry (LDV)concerning the near wall fluid flow. Second, one quantifies the bedload by measuring the volumeof grains transported at the surface of flat granular beds for different shear stresses. The goal ofthese experiments is the empirical determination of the transport law (the relationship between thegranular flux and the fluid shear) for the present experimental configuration. Our results differsignificantly from usual transport laws like the one of Meyer-Peter and Müller and are bestunderstood within the framework of weak sediment transport. Then, one implements a FourierTransport Profilometry (FTP) method in order to measure with a good resolution the 3D surfacesof small aquatic dunes (called barchans) and their time evolution. One takes an interest in, amongothers, barchans formation, their morphology, their displacement velocity and the erosionphenomenon. One shows that subaquatic barchans move downstream without deforming and thusit becomes easier to estimate the granular flux on the back of the dunes (in the symmetry plane).Eventually, one characterizes the flow above a barchan "model" by LDV and deduces the shearstress along the dune’s back (from foot to crest). These shear stress measurements coupled withthe empirical transport laws and results concerning barchans obtained by FTP permit us todiscuss saturation effects of the granular flux. One estimates the saturation length for the bedloadand highlights that our conclusion on this point must be taken with care.

Cette thèse aborde le sujet du monitorage par acoustique passive dans les rivières pour la mesure du transport sédimentaire par charriage. La motivation de la recherche est l’utilisation d’hydrophones déployés dans un cours d’eau pour détecter et mesurer le bruit des sédiments transportés sur le fond de la rivière. La technique est très prometteuse grâce à la facilité de déploiement sur le terrain et aux coûts réduits mais elle est encore déficitaire en méthodologie sur la connaissance du bruit ambiant. Le bruit ambiant est un mélange de sources de bruit parmi lesquelles se trouve le bruit du transport par charriage des sédiments. La classification des bandes passantes des spectres acoustiques permet de séparer les différentes sources acoustiques. Dans cette thèse, on analyse la dynamique du charriage par l’analyse de la variabilité de la bande passante du charriage des spectres acoustiques. Cette variabilité peut être temporelle, sur des chroniques acoustiques, et spatiale sur des mesures en plusieurs points de la section de la rivière.La recherche commence par une analyse théorique sur les solutions analytiques des impacts hertziens entre deux sphères rigides ou entre une sphère et le fond considéré comme une plaque. La sensibilité des fréquences centrales et des pics spectraux est dominée premièrement par les dimensions des particules et secondement par la vitesse d’impact. La solution analytique est utilisée conjointement avec des distributions granulométriques pour définir un modèle linéaire d’addition des spectres. La forme du spectre ainsi modélisé dépend notamment par des caractéristiques statistiques de la distribution granulométrique et de la vitesse d’impact du modèle d’impact. Le modèle spectral est dans un état simplifié parce qu’on suppose une vitesse d’impact uniforme quelle que soit la dimension des particules en collision et également parce qu’on ne considère pas les effets de l’atténuation à cause de la diffusion ou l’absorption des ondes sonores.Le modèle spectral du charriage est utilisé par une méthode d’inversion des densités spectrales de puissances afin d’estimer la distribution granulométrique des sédiments transportés. La méthode d’inversion nommée « Non-Negative Least Square » est purement algébrique car elle est définie comme un problème au sens de moindres carrés avec une contrainte de positivité sur la solution. Les mesures sur deux rivières à graviers, Isère à Grenoble et la Drave, à Dellach en Autriche, donnent des résultats en concordance avec les mesures du transport sédimentaire. On a observé que l’inversion des spectres permet l’analyse de la dynamique des courbes granulométriques estimées tant spatiale (sur l’Isère à Grenoble) que temporelle (sur la Drave à Dellach).Le modèle de charriage est encore développé par l’intégration de la physique du transport sédimentaire, de l’hydraulique et de l’acoustique des impacts. Ce modèle vise l’analyse de spatialité et la temporalité des impacts dans une section de la rivière et donne une approche plus complète au modèle de charriage précédemment présenté. L’identification des spectres modélisés à des spectres simulés permet des modéliser les taux des impacts (et les flux sédimentaires) et la localisation de la bande principale de charriage dans la rivière de l’Isère à Grenoble. / This thesis deals with theoretical and experimental concepts of passive acoustic monitoring of sediment transport in rivers. Hence, the motivation is the use of hydrophones to sense the sound pressure generated by impacts between the sediments that are transported on the bed river. The technique is very cheap and easy to deploy on the field but it lacks of knowledge on the nature of the river soundscape’s acoustic sources. In order to separate the various types of noise sources composing the soundscape, a spectral analysis is frequently used to detect the bedload noise passband. The bedload spectral information is used in this thesis to estimate the transported, or bedload, grain size distribution. The study is based on the physical evidence of the existence of a dependency between the size of impacting particles and the frequency of the impacts. Therefore, the spatial and temporal dynamics of the bedload grain size distributions in gravel rivers will be assessed by developing acoustic spectra indexes.Firstly, the analytic solutions of hertzian impact between two rigid spheres and between a sphere and a slab are studied. The spectrum’s center and peak frequencies are most sensible on the grain size and then on the impact velocity. The analytic solutions and grain size distributions are used to model bedload acoustic spectra. Such model is sensible on the grain size distribution shape followed by the impact velocities of sediments. Its definition does not include non-linear transmission losses, i.e. attenuation with frequency due to scattering and absorption effects, and also the impact velocity is constant no matter the dimension of particles.Secondly, the bedload acoustic model is used for implementing inversion methods to estimate the grain size distributions. Such a method is defined in a least square algebraically framework, named the Non-Negative Least Square method, and uses analytical solutions of hertzian impacts to inverse the acoustic spectra. Field measurements on two large gravel rivers like Isère River, in Grenoble, France, and Drau River, at Dellach, in Austria, revealed coherent results as validated by physical sampling trials of bedload transport. It was observed a spatial variability in the estimated grain size distribution across the Isère River whereas a temporal variability was observed from the inversion of Drau River’s spectra.The previous bedload spectral model is enhanced by including concepts from the physics of fractional transport rate in gravel rivers, of particle saltation model and acoustic models of propagation. One can model acoustic maps of bedload noise from spatializing the impact rates at the reach scale. Here, the model is tests to localize the bedload noise in the Isère River’s cross-section by matching the measured spectra to the modeled ones. The acoustic maps obtained from this model are successfully predicted as validated by the measured maps in the Isère River in Grenoble.

Cette recherche porte sur les mécanismes de ségrégation dans le transport de sédiments par charriage. Des expériences simplifiées consistant à introduire un débit de particules fines sur un lit plus grossier, mobile, en équilibre, ont été entreprises dans un canal particulaire étroit en utilisant des billes de verre sphériques. Les expériences montrent des réponses différenciées en fonction du rapport de taille entre les particules grossières du lit (Dc) et les fines (Df). Des rapports de taille (Dc/Df) entre 7,14 et 1,25 ont été testés, pour différents débits solides de particules fines, tout en maintenant le débit solide des particules grossières constant. Des travaux antérieurs ont mis en évidence une augmentation des débits solides suite à l’introduction de grains fins. Les expériences présentées ici identifient les frontières au sein de ce comportement.Le tamisage cinétique a lieu à la surface du lit mobile, avec des sédiments plus fins se déplaçant vers le bas de la couche de charriage à l'interface du lit grossier quasi-statique. Le comportement à cette interface dicte comment le système répond à l’introduction de sédiments fins. Si, par percolation spontanée, le sédiment fin est capable de s’infiltrer dans le lit quasi-statique sous-jacent, le débit solide total augmente et le lit s’incise (diminution de pente). Toutefois, si les fines ne peuvent géométriquement s’infiltrer ou dépassent la capacité de transport, elles forment une couche quasi-statique sous la couche de charriage, qui empêche l'entraînement du lit sous-jacent, résultant en un exhaussement (augmentation de pente).Un essai formel de la reproductibilité des résultats ci-dessus a été effectué dans un autre laboratoire avec le même mode opératoire expérimental. La comparaison des résultats qualitatifs révèle les mêmes processus dominants. Cependant, des différences sont notées dans les résultats quantitatifs, du fait de la quasi-impossibilité de reproduire exactement la même expérience.Une dernière série d'expériences évalue les différences et les similitudes entre les expériences menées avec des billes de verre sphériques et des matériaux naturels ce qui permet d’étudier l’influence de la forme. Alors que les expériences avec des matériaux idéaux révèlent des mécanismes fondamentaux associés au transport granulaire et à la ségrégation, plusieurs nouveaux phénomènes sont observés avec des matériaux naturels, notamment une modification du potentiel d’infiltration et l’émergence de formes du lit. / This research focuses upon size segregation mechanisms in bedload sediment transport. Simplified experiments with fine grain inputs to a mobile coarse bed in equilibrium were undertaken in a small, narrow flume using spherical glass beads. The experiments demonstrate the influence of the size ratio between the bed (Dc) and the input (Df) upon the channel response. Size ratios (Dc/Df) between 7.14 and 1.25 were tested, with a constant coarse feed rate, and a variety of fine feed rates. Previous work has documented an increase in sediment transport rates as a result of a fine grain input; the experiments presented herein identify boundaries within this behaviour.Kinetic sieving takes place in the mobile bed surface, with the finer sediment moving to the bottom of the bedload transport layer at the interface to the underlying quasi-static coarse bed. The behavior at this interface dictates how a channel responds to a fine sediment input. If, by spontaneous percolation, the fine sediment is able to infiltrate into the underlying quasi-static bed, the total transport increases and the bed degrades causing a reduction in the slope. However, if the fine sediment input rate exceeds the transport capacity or is geometrically unable to infiltrate into the underlying bed, it forms a quasi-static layer underneath the transport layer that inhibits entrainment from the underlying bed, resulting in aggradation and an increase in bed slope.A formal test of the reproducibility of the aforementioned results was undertaken in a different laboratory, with the same experimental procedure. Comparison of the qualitative results reveals that the same dominant processes occur. Consistent differences, however, were present between the quantitative results; likely a result of differences in the experimental arrangement.A final set of experiments assesses the differences and similarities between experiments undertaken with spherical glass beads and natural materials to examine the complexities introduced due to particle shape. While the experiments with ideal materials reveal fundamental mechanisms associated with granular transport of mixed sizes, several key new phenomena are apparent in the experiments with natural materials, including changes in the infiltration potential and the emergence of bed structures.

Cette thèse, à dominante expérimentale, tente de décrire, de comprendre et de quantifier le transport sédimentaire pour un système torrentiel caractérisé par une forte pente et des conditions hydrauliques faibles. Une plateforme expérimentale a été mise en place et instrumentée. Elle permet de contrôler quatre paramètres du système : la pente du canal, le débit hydraulique, le débit solide et la granulométrie. La durée des expériences est suffisamment longue pour couvrir l'ensemble des fluctuations gouvernant le transport. L'étude de l'évolution d'un même mélange granulaire soumis à un forçage hydraulique fort, (Shield = 1.37 Shield critique) ou à un forçage hydraulique faible (Shield = 0.94 Shield critique) a permis de mettre en évidence, au sein des structures sédimentaires observées, deux classes de comportement différentes. Pour l'expérience à Faible Transport, le lit est globalement pavé au cours de la durée de l'expérience qui est de 110 heures. Des structures de type step-pools sont présentes et très stables, et contrôlent la dynamique de transport du système à court terme et à long terme. A court terme, le transport solide n'est pas uniforme mais s'effectue à travers des processus transitoires d'érosion et de dépôt « de proche en proche », associés respectivement à la destruction et à la formation de step-pools dans le système. A long terme, les step-pools conduisent à un pavage uniforme sur l'ensemble du canal. Des destructions périodiques de ce pavage de surface sont également observées et sont associées à une capacité de transport pour le système pouvant atteindre jusqu'à 15 fois le débit solide moyen. Pour l'expérience à Fort Transport, d'une durée de 92 heures, la morphologie du lit fluctue entre deux états extrêmes. Un lit plat dont la surface est formée de particules fines, à forte capacité de transport et un lit pavé à forte pente et à faible capacité de transport. Les step-pools ne sont, ici, que des états éphémères associés à la phase de transition du système qui sont rapidement détruits par les nappes de charriage. Ces dernières sont le mode principal de transport pour le système et expliquent les évolutions cycliques mesurées à court et à long terme. Enfin, nous avons étudié les conséquences des phénomènes décrits ci-dessus en conditions hors équilibre à forte pente. Nous avons pour cela réalisé deux expériences : une première expérience où nous étudions le cas d'un système en phase d'aggradation et une seconde où nous prenons le cas d'un système contrôlé par deux seuils de correction torrentielle. La première a nécessité une longue période afin que le système atteigne une condition d'équilibre dynamique : plus que 210 heures. L'équilibre local du système est atteint progressivement de l'amont vers l'aval, les parties les plus proches de l'alimentation atteignant en premiers l'état d'équilibre. De plus, pendant l'aggradation les fluctuations du système autour de la moyenne sont inférieures à celles mesurées pour un système à l'équilibre. La seconde expérience a montré que l'aménagement d'un système torrentiel avec des seuils peut avoir un impact non négligeable sur la quantité maximum de matériau transporté au cours d'un seul événement. Néanmoins, l'intensité maximale instantanée du transport et le comportement global du système à long terme ne sont en rien affectés par la présence de seuils. / This experimental thesis aims to describe, understand and quantify the sediment dynamics of a torrential system, characterized by steep slope and low hydraulic conditions. An experimental platform has been developed and instrumented for monitoring the channel slope, the water discharge, the feed solid discharge and the bed grain size distribution. The duration of the experiments were sufficiently long to cover all the fluctuations governing the bedload transport phenomenon. Two flow conditions were considered, in order to observe the bed dynamic under different forcing. A strong hydraulic forcing capable to move the bed pavement (Shield parameter = 1.37 Critical Shield parameter) was compared to a low hydraulic forcing supposed to not disturb the bed pavement (Shield Parameter = 0.94 Critical Shield Parameter). We measured for each case the sediment dynamic and associated bedforms. For the “Low Transport” experiment the bed was generally paved over all the duration of the experiment (110 hours). Bedforms similar to step-pools developed and were present for all the duration of the run. These macroforms seems to control the transport dynamic of the system in the short and long term. In the short term, bedload transport was not uniform. Instead, transient processes of erosion / deposition associated with the formation / destruction of step-pools were observed. In the long term, step-pools lead to the formation of a uniform paved bed on the whole channel length. Periodic destruction of bed pavement was also observed and associated with a transport capacity that could reach 15 times the value of average measured bedload transport. For the “High Transport” experiment (92 hours) the channel morphology fluctuates between two extremes. A flat bed characterised by highly mobile fine sediments and high transport capacity, and a steep paved bed corresponding to a low transport capacity. For this experiment step-pools were just a transitory state associated with the transition between the two extremes and they are quickly destroyed by the bedload sheets propagation. Bedload sheets were the main transport mode for the system. Their formation and propagation can explain the cyclical evolution of the system in the short and long term. We finally studied the consequences of the observed phenomena for non-equilibrium systems on steep slopes. We conducted two experiments: one in order to reproduce an aggradational system and the second to reproduce the dynamic of a system controlled by two check dams. A very long duration was necessary for reaching the dynamic equilibrium condition with the aggradational system (more than 210 hours). The local equilibrium was achieved gradually from upstream to downstream, with the flume sections closest to the feeding device attaining first the dynamic equilibrium. Experiments with check dams showed that this kind of slope correction can have a significant impact on the maximum amount of material transported during a single event. However, the maximum instantaneous transport and the long term sediment behaviour of the system are not affected by the presence of the check dams.

Les mécanismes complexes qui régissent la morphologie des rivières en tresses et l'interaction avec le tri granulométrique restent encore à approfondir. Cette thèse s'articule autour de trois thèmes : l'étude de la déstabilisation d'un système en tresses puis sa mise à l'équilibre, l'interaction de la morphologie avec le tri granulométrique et enfin la prédiction du transport solide. Pour cela, nous avons étudié 3 modélisations de différents systèmes alluviaux : des bancs alternés en granulométrie étendue (durée 100h), un système en tresses en granulométrie uniforme (durée 385h) et enfin un système en granulométrie étendue (durée 435h). Chaque modèle de tresses a subi plusieurs changements de conditions d'alimentation. Il ressort que seul un paramètre, la surface du lit situé au delà de la pente moyenne, pourrait être un bon candidat pour comparer l'état d'équilibre (érosion ou exhaussement) de différents systèmes. Pour une étude d'un site donnée, les paramètres classiques comme la pente ou le Bed Relief Index (BRI) sont tout aussi pertinents. Le tri granulométrique sur les systèmes divaguants se manifeste de plusieurs façons : il est à l'origine de la migration du chenal principal et participe activement à la formation de patchs sédimentaires, catalyseurs de l'émergence des bancs. Les lobes sédimentaires qui se retrouvent dans le modèle en granulométrie uniforme n'apparaissent que dans certains cas, laissant place à une mobilité des sédiments discontinue, généralement de proche en proche. La modélisation du transport solide dans ces systèmes à faciès complexes se heurte à la forte variabilité des conditions hyro-sédimentaires. L'abondance de confluences et des fronts de bancs modifie la relation de transport avec les conditions locales. L'influence de la morphologie est prépondérante dans la dynamique du transport solide. / Complex mechanisms involved in braided rivers morphology and the interaction with the grain sorting are slightly studied. Throughout this thesis, we study the morphological signature of a system at equilibrium, and the interaction between the bed morphology and grain sorting. From our small-scale experiments, we studied the prediction of sediment transport. We studied three different small-scale streams, a alternate bars model with heterogeneous sediment (duration 100h), a braided stream model using uniform sand (duration 385h) and a braided stream model using sand and coarse sand mixture (duration 435h). Upstream conditions have been changed several times for each braided stream. It appears that the only one relevant index to compare sediments stages of different streams is the surface above the average slope. To study a single site's evolution, the traditional parameters such as slope or Bed Relief Index (BRI) are relevant enough. We observed different effects of grain sorting. First, grain sorting is responsible of selective depositions and led to active channel migration. The selective deposition leads to bar emergence. Sedimentary lobes that we observed on uniform sand model were rarely noticed on the sand and coarse sand mixture experiment. This results suggests that sediments motion is tiny linked to grain size range. Modeling of sediment transport in such varied morphology faces different problems. Plenty of confluences and fronts bars changes sediment transport and local conditions connections. The influence of morphology is predominant in the dynamic of sediment transport.